NOÇÕES DE INSTRUMENTAÇÃO
INDUSTRIAL
Instrumentação
É a arte e a ciência que projeta, constrói, instala,
Opera e mantêm os instrumentos.
Instrumentos
É medem variáveis de processo. Em instrumentação
quando dizemos “medir” geralmente queremos dizer
indicar registrar, totalizar ou controlar.
Classificação por Função
Conforme será visto posteriormente, os instrumentos podem
estar interligados entre si para realizar uma determinada
tarefa nos processos industriais. A associação desses
instrumentos chama-se malha e em uma malha cada
instrumento executa uma função.
Os instrumentos que podem compor uma malha são então
classificados por função.
a) Indicador: Instrumento que indica o valor da quantidade
medida enviado pelo detector, transmissor, etc.
b) Registrador: Instrumento que registra a(s) variável(is)
através de um traço contínuo ou pontos em um gráfico,
Figura 1.4.
c) Transmissor: Instrumento que tem a função de
converter sinais do detector em outra forma capaz de ser
enviada à distância para um instrumento receptor,
normalmente localizado no painel.
d) Transdutor: Instrumento que recebe informações na forma de uma ou mais
quantidades físicas, modifica, caso necessário, essas informações e fornece
um sinal de saída resultante.
e) Controlador: Instrumento que compara o valor medido
com o desejado e, baseado na diferença entre eles, emite
sinal de correção para a variável manipulada a fim de que
essa diferença seja igual a zero.
f) Elemento Final de Controle: Instrumento que modifica
diretamente o valor da variável manipulada de uma malha
de controle, Figura 1.8.
f) Detector: São dispositivos com os quais conseguimos
detectar alterações na variável do processo. Pode ser ou
não parte do transmissor.
Terminologia
A terminologia empregada é unificada entre os fabricantes, os
usuários e os organismos que intervêm, diretamente ou
indiretamente, no campo da instrumentação industrial. Os
termos a seguir estão de acordo com o Vocabulário
internacional de Termos Fundamentais e Gerais de
Metrologia
(VIM).
a) Faixa de medida (Range) - Conjunto de valores da
variável medida que estão compreendidos dentro do limite
superior e inferior
Exemplos: Range entre 100 e 500oC Range entre 0 e 20 PSI
b) Amplitude da faixa nominal (Span) - É a diferença, em módulo, entre
o valor superior e inferior de uma faixa de medida (range). Em algumas
áreas, a diferença entre o maior e o menor valor é denominada “faixa”.
Exemplos: Para uma faixa nominal de -10V a +10V a amplitude da faixa
nominal é 20V.
Um instrumento com range de 100 – 500 C seu Span é de 400 C.
c) Erro (de medição) – É a diferença entre o valor lido ou transmitido
pelo instrumento em relação ao valor real da variável medida.
d) Repetitividade - Grau de concordância entre os resultados de
medições sucessivas sob as mesmas condições de medição.
e) Exatidão de medição - Podemos definir como sendo a aptidão de um
instrumento de medição para dar respostas próximas a um valor verdadeiro.
O termo precisão não deve ser utilizado como exatidão. A exatidão pode ser
descrita de três maneiras:
Percentual do Fundo de Escala (% do F.E.)
Percentual do Span (% do Span)
Percentual do Valor Lido (% do V.L.)
Exemplo: Para um sensor de temperatura com range de 50 a 250 ° C e valor
medido 100 °C determine o intervalo provável do valor real para as seguintes
condições:
f) Rangeabilidade (Largura de Faixa) - É a relação entre os valores
máximos e os valores mínimos, lidos com a mesma exatidão na escala
de um instrumento.
Exemplo: Para um sensor de vazão cuja escala é 0 a 300 GPM (galões
por minuto), com exatidão de 1% do span e rangeabilidade 10:1, significa
que a exatidão será respeitada entre 30 e 300GPM
g) Zona Morta - Intervalo máximo no qual um estímulo pode variar em
ambos os sentidos, sem produzir variação na resposta de um nstrumento
de medição.
Exemplo: Um instrumento com range de 0 a 200ºC e com zona morta de
0,1% representa ± 0,2°C
h) Sensibilidade - Variação da resposta de um instrumento de medição
dividida pela correspondente variação do estímulo.
Identificação e símbolos de instrumentos
As normas de instrumentação estabelecem símbolos, gráficos e codificação
para identificação alfanumérica de instrumentos ou funções programadas
que deverão ser utilizadas nos diagramas e malhas de controle de projetos
de instrumentação.
O Tagname ou Tag é um código alfanumérico cuja finalidade é a de
identificar equipamentos ou instrumentos, dentro de uma planta de
processos.
De acordo com a norma ISA-S5 e a Norma 8190 da ABNT, cada instrumento
ou função programada será identificada por um conjunto de letras que o
classifica funcionalmente e um conjunto de algarismos que indica a malha à
qual o instrumento ou função programada pertence. Eventualmente, para
completar a identificação, poderá ser acrescido um sufixo.
Identificação funcional
A identificação funcional do instrumento ou seu equivalente funcional
consiste de letras da Tabela 1.1. A identificação funcional do instrumento é
feita de acordo com sua função e não com a sua construção.
A primeira letra é a variável do processo medida ou de inicialização. A
primeira letra pode ter um modificador opcional. As letras subseqüentes
identificam as funções do instrumento, podendo ser:
• Funções passivas - elemento primário, orifício de restrição, poço;
• Funções de informação - indicador, registrador, visor,
• Funções ativas ou de saída - controlador, transmissor, chave e outros;
• Funções modificadoras - alarmes ou indicação de instrumento
multifunção.
Identificação da malha
A identificação da malha geralmente é feita por um número, colocado ao
final da identificação funcional do instrumento associado a uma variável
de processo.
A numeração pode ser serial ou paralela. Numeração paralela começa de
0 para cada nova variável, por exemplo, TIC-100, FIC-100, LIC-100 e AI100. Numeração serial usa uma única seqüência de números para um
projeto ou seção grande de um projeto, de modo que se tem TIC-100,
FIC-101, LIC-102 e AI-103. A numeração pode começar de 1 ou qualquer
outro número conveniente, como 101, 1001, 1201.
Quando a malha tem mais de um instrumento com a mesma função devese usar apêndice ou sufixo ao número.
PI = Indicador de pressão: “P" é a variável medida (Pressão), e “I“ é a função
de informação ou passiva. Neste caso pode-se ter vários tipos de
instrumentos, desde um manômetro mecânico à instrumentos eletrônicos
sofisticados.
PIC = Indicador Controlador de Pressão: Neste caso a função final é o
controle de uma malha, portanto, a letra "C" da coluna “função final". A letra
"I” é somente uma função passiva mencionando que o instrumento também
esta indicando de alguma forma a variável "P" pressão.
LAH = Alarme de Nível Alto: Neste exemplo a letra "A" define a função de
informação, indicando que o instrumento está sendo utilizado para um
alarme. A letra modificadora "H“ complementa esta informação indicando o
parâmetro do alarme, no caso nível alto.
HV = Válvula de controle manual: A letra “V“ indica a função final e a letra “H“
indica a variável inicial.
LCV = Válvula de controle de nível auto-operada: Neste exemplo a letra “C"
pode estar indicando que a válvula é auto-operada.
Símbolos
A simbologia correta da instrumentação deve conter os seguintes
parâmetros:
•Identificação das linhas de interligação dos instrumentos, por exemplo,
eletrônica física, eletrônica por configuração, pneumática.
•Determinação do local de instalação dos instrumentos, acessível ou não
acessível ao operador de processo.
•Filosofia da instrumentação, quanto ao instrumento ser dedicado a cada
malha ou compartilhado por um conjunto de malhas de processo.
•Identificação (tag) do instrumento, envolvendo a variável do processo, a
função do instrumento e o numero da malha do processo.
Principais sistemas de medida
Quanto à Natureza: Dois são os sistemas principais: L.M.T. e L.F.T.
Quanto ao Valor Atribuído: As unidades fundamentais temos:
a) Tipo L.M.T.
1°) Físico ou Cegesimal (C.G.S.) : centímetro, grama, segundo.
2°) Industrial Francês (M.T.S.) : metro, tonelada, segundo.
3°) Métrico Decimal (M.K.S.) : metro, quilograma, segundo.
4°) Absoluto Inglês (Ft, Pd, S): pé, libra, segundo.
b) Tipo L.F.T.
1°) Prático, Terrestre ou Gravitatório (M. kgf.s.): metro, quilograma força,
segundo.
2°) Prático Inglês (Ft, Pd, sec.): pé, libra-força, segundo.
Pressão
A Medida de pressão é o mais importante padrão
de
medida, pois as medidas de vazão, nível etc.
podem
ser feitas utilizando-se esse princípio.
P = F / A onde:
P = Pressão
F = Força
A = Área
DEFINIÇÕES BÁSICAS
 Sólido: Toda matéria cuja forma não muda
facilmente quando submetida à uma força.
 Líquidos: Toda matéria cuja forma pode ser
mudada facilmente quando submetida à uma
força, porém sem mudar o volume.
 Gás: Toda matéria cuja forma e volume podem
ser mudadas facilmente quando submetida à
força.
 Fluido: Toda matéria cuja forma pode ser
mudada e por isso é capaz de se deslocar. Ao ato
de se deslocar é caracterizado como escoamento
e assim chamado de fluido.
 Massa Específica: Também chamada de
densidade absoluta é a relação entre a massa e
o volume de uma determinada substância. É
representada pela letra Ró (‫ )ט‬e no SI pela
unidade (kg/m ).
 Densidade Relativa: Relação entre massa
específica de uma substância A e a massa
específica de uma substância de referência,
tomadas à mesma condição de temperatura e
pressão.
Teorema de Bernoulli)
 Através desse teorema pode-se concluir que para
um fluido perfeito, toda forma de energia pode
ser transformada em outra, permanecendo
constante sua somatória ao longo de uma linha
de corrente. Assim sua equação representativa é:
Pressão atmosférica
É a pressão exercida pela camada de ar sobre a superfície
terrestre, que é medida em um barômetro, Figura 2.2. Ao
nível do mar esta pressão é aproximadamente De 760mmHg.
Quanto mais alto o local, menor a pressão atmosférica.
Pressão manométrica ou relativa
É a pressão medida em relação à pressão Atmosférica.
Pressão absoluta
É a soma da pressão relativa e atmosférica.
Pressão diferencial
É a diferença entre duas pressões, sendo
representada pelo símbolo ∆P (delta P). Essa
diferença de pressão normalmente é utilizada para
medir vazão, nível, pressão etc.
Pressão estática
É o peso exercido por uma coluna líquida em repouso
ou que esteja fluindo perpendicularmente a tomada de
impulso.
Pressão dinâmica
É a pressão exercida por um fluído em
movimento paralelo à sua corrente.